Compte-rendu - Grenoble INP

Compte-rendu des journées de sélection au concours
iGem
Regional Jamboree 2011 (Europe-Afrique) Amsterdam
1-2 Oct 2011
La compétition iGEM et la sélection d’Amsterdam :
L’iGEM, ou International Genetically Engineered Machines (iGEM) est
une compétition internationale de biologie synthétique, organisée par le
Massachusetts Institute of Technology (MIT) où s’affrontent plusieurs
groupes composés d’une dizaine d’étudiants de niveau « undergraduate »
(Master), assistés de quelques enseignants.
Le but de l’iGEM est de développer la conception et l’utilisation de
briques de base, les « BioBricks » pour concevoir de nouvelles applications
du génie génétique. Ces séquences génétiques sont standardisées pour
pouvoir être facilement introduites et agencées dans la bactérie E. coli.
Cette méthode élargit le champ d’action du génie génétique à la
conception de systèmes complexes. Il est donc nécessaire de regrouper
des étudiants de formations différentes pour explorer toute les facettes
d’un projet (génétique, biochimie, modélisation, instrumentation).
La compétition se déroule en plusieurs phases :
- Janvier-Mars : définition des équipes et soumission du
projet
- Mai : Distribution des « BioBricks » par le MIT,
nécessaires pour la réalisation du projet
- Septembre : retour du projet (présentation, rapport,
nouvelles BioBricks)
- Octobre : compétition européenne et africaine à
Amsterdam. Des compétitions parallèles sont organisées
pour sélectionner les équipes d’amérique et d’asie.
- Novembre : présentation au MIT des résultats des
meilleurs équipes sélectionnées aux compétitions d’octobre
et jury final.
Les 500 participants de la compétition régionale (Europe et Afrique)
d’iGEM ont été accueillis par la Vrije Universiteit d’Amsterdam, en
collaboration avec la TU de Delft et l’université de Groningen. Dans le
même bâtiment se tenaient conférences pléniaires et sessions
thématiques. Les repas avaient lieu sur place, et deux réceptions ont été
organisées le vendredi et le samedi soir. De nombreux volontaires
assuraient l’accueil, les déplacements et le bon déroulement technique
des présentations.
Selon le projet proposé, les équipes étaient regroupées autour de
thèmes :
- Foundational advances: 12 équipes
- Environment: 8 équipes
- New application: 8 équipes
- Manufacturing: 5 équipes
- Information processing: 3 équipes
- Software: 2 équipes
- Energy food: 2 équipes
L’équipe de Grenoble a concouru dans la catégorie « Environment »,
avec celles de Bilkent UNAM Turkey, Imperial College London, KU Leuven,
LMU Munich, Lyon INSA/ENS, Metu Ankara et Valencia (Espagne).
Les participants ont été jugés sur une présentation orale, un poster
et un site web qui devait être terminé pour le 21 Octobre. Outre le projet
scientifique, les équipes doivent évaluer la sécurité de leur projet pour
l’homme et pour l’environnement et proposer une réflexion sur ses
implications sociétales. Chaque équipe contribue également à enrichir la
bibliothèque par de nouvelles des “Biobricks”, qui doivent être décrites et
caractérisées. Celles-ci seront intégrées à l’ensemble et disponibles pour
le concours 2012.
Les 46 équipes participantes ont été examinées par une commission
de 30 juges qui en ont sélectionné 18 pour la finale mondiale à Boston
(US). Pour le concours européen, des prix ont été attribués pour le meilleur
projet (Imperial College Londres), la meilleure Biobrick naturelle (Fatih
Turkey) et artificielle (INSA/ENS Lyon), la meilleure modélisation
(Edinburgh), la meilleure présentation (Paris-Bettencourt), le meilleur site
web (Imperial College Londres), les meilleures mesures expérimentales
(WITS CSIR South Africa), le meilleur poster (WITS CSIR South Africa) et le
meilleur projet de « human practice ».
Pendant la finale mondiale qui se tiendra du 5 au 7 novembre 2011 à
Boston (USA), des prix seront décernés dans les mêmes catégories pour
distinguer les meilleures équipes mondiales. De même qu’en Europe,
seules certaines équipes seront sélectionnées pour participer à la finale,
sur les 46 inscrites en Asie et les 60 inscrites en Amérique.
Crédits photo iGEM et Roel ten Hagen. http://2011.igem.org/Jamborees
Projets présentés par les autres équipes :
Parmi les projets présentés, les suivants ont retenu notre attention.
Plus d’information est disponible sur le site des équipes (voir le site :
http://igem.org/Team_List?year=2011).
Imperial College Londres : Auxin, ‘environment’
L’équipe a développé une bactérie capable de stimuler la croissance des
racines pour aider les plantes à résister dans les zones désertifiées. Cette
bactérie est capable de se déplacer vers les racines, d’y entrer et de
synthétiser l’auxine, le facteur de croissance racinaire. Pour empêcher le
transfert de gènes de cette bactérie à d’autres espèces, le plasmide est
doté d’une activité toxique, pour laquelle seule la bactérie génétiquement
modifiée possède l’antidote. Le projet, presque abouti, était
remarquablement présenté sur le web et lors de la compétition.
WITS CSIR South Africa : Biotweet, ‘new application’
Cette équipe de seulement 5 étudiants, a travaillé sur le contrôle du
mouvement des bactéries en orientant les bactéries par des gradients de
theophilline et d’atrazine. Ils ont utilisé et amélioré des « riboswitch » qui
permettent de changer la direction de rotation des flagelles d’Escherichia
coli. Ils proposent comme « biobrick », un riboswitch optimisé et
entièrement caractérisé, associable à n’importe quel gène d’intérêt. Ceci
est un système régulateur non encore disponible dans la bibliothèque.
Paris-Bettencourt : Tube or not Tube ‘foundational advance’
Dans ce projet, l’équipe a utilisé la biologie synthétique pour étudier un
problème scientifique : l’existence de nanotubes bactériens, permettant le
transfer de molécules et la communication intra- et inter-espèces. Ils ont
conçus différents systèmes génétiques pour détecter ces évènements
rares, un « concentrateur » et un « amplificateur » et ont étudé le transfert
de protéines ou d’acides nucléiques. Ils ont convaincu par la profondeur et
la rigueur de leur démarche scientifique, et par une présentation originale
et dynamique.
KU Leuven : E.D.Frosti ‘environment’
Dans la nature, il existe des protéines de nucléation de la glace et des
protéines anti-gel. L’équipe de Leuven a intégré ces protéines dans une
bactérie, pour qu’elle puisse, à la demande, faire geler l’eau ou l’en
empêcher. Pour éviter une possible catastrophe écologique, ils ont
également intégré un gène suicide qui élimine la bactérie lorsque l’on n’a
plus besoin d’elle. Leur présentation, sous forme d’une discussion, était
originale et pertinente.
INSA et ENS Lyon : Cobalt Buster ‘environment’
L’équipe a construit une bactérie capable de concentrer le cobalt et former
des biofilms en sa présence. Il serait ainsi possible de récupérer le cobalt
radioactif dans les circuits de refroidissement des réacteurs nucléaires. Ce
serait une alternative aux résines d’échange d’ions, actuellement utilisées
pour épurer ces liquides. L’avantage est le volume réduit des déchets
radioactifs. Une de leurs biobriques, celle qui induit la formation de
biofilms en réponse au cobalt, a été récompensée.
Valencia : water colicin cleaner ‘environment’
Les colicines sont des protéines toxiques pour certaines bactéries, activées
par un pH acide. Dans ce projet, l’équipe a associé des Escherichia coli qui
sécrètent des colicines à des cyanobactéries qui acidifient réversiblement
l’eau à traiter, sous le contrôle de la lumière. L’équipe a bâti un prototype,
estimé les coûts et la faisabilité industrielle du traitement.
DTU Danemark, équipe 2 : Plug’n Play ‘foundational advance’
Cette a équipe a proposé un système d’assemblage standardisé de
fragments d’ADN, qui pourrait rapidement supplanter les systèmes
classiques utilisant enzymes de restriction et ligase, ou ceux basés sur la
recombinaison. Jusqu’à dix fragments d’ADN peuvent être assemblés d’un
coup. Les fragments sont générés par PCR, avec une mutation T U dans
le primer. Une enzyme clive l’ADN au niveau du U et une deuxième génère
une extrémité cohésive. Des extrémités cohésives longues (10
nucléotides) peuvent être obtenues, ce qui garantit un assemblage précis.
Les bactéries sont transformées avec l’ensemble des fragments, et
l’activité de ligase cellulaire suffit à générer le plasmide complet. Des
collections de fragments d’intérêt pour les cellules eucaryotes ont déjà été
générées. Un plasmide permettant l’expression d’un gène rapporteur dans
un compartiment d’une cellule eucaryote a été généré rapidement par
cette méthode.
Par cette technique nouvelle et efficace, ils ont levé un point bloquant
pour le développement de la biologie synthétique.
Crédit site web de l’équipe : http://2011.igem.org/Team:DTU-Denmark-2/
Postdam Bioware: cyclic peptides for therapy ‘health’
Dans ce projet, les bactéries sont utilisées pour synthétiser des peptides
cycliques, dont la séquence peut être soit définie, soit générée au hasard.
Les peptides cycliques naturels sont des inhibiteurs de protéases, le plus
souvent. Ce sont donc de bons candidats pour la thérapie de plusieurs
maladies impliquant des protéases. Leur construction génétique comprend
le peptide à synthétiser, les deux enzymes qui permettent de le cycliser,
et le transporteur qui est nécessaire à sa sécrétion. Ils ont développé aussi
un système de « phage-display » pour sélectionner les peptides actifs sur
une protéase d’intérêt.
Ces projets, et tous ceux que nous n’avons pas pu commenter, par
souci de concision, montrent la richesse de la biologie synthétique et le
vaste champ de ses applications.
Projet présenté par l’équipe iGem de Grenoble :
L’équipe de Grenoble est constituée des étudiants suivants :
Geoffrey Bouchage, Grenoble INP Phelma
Felix Ciceron, UJF Biologie
Marion Cristea, Grenoble INP Phelma
Morgane DeGasperi, UJF Biologie
Eric Durandeau, UJF Biologie
Maxime Huet, Grenoble INP Phelma
Jean-Baptiste Lugagne, Grenoble INP Phelma
Clément Masson, UJF Biologie
Feriel Melaine, UJF NanoBiologie
Samia Menad, UJF NanoBiologie
Robin Pinilla, UJF Biologie
Stéphane Pinhal (advisor), étudiant en thèse
épaulés par les « instructors »
Hans Geiselmann, UJF Biologie
Franz Bruckert, Marianne Weidenhaupt, Grenoble INP Phelma,
Hidde de Jong, Delphine Ropers INRIA
Ont participé au Jamboree d’Amsterdam l’ensemble des étudiants, Franz
Bruckert, Marianne Weidenhaupt et Delphine Ropers.
Notre
projet
est
(http://2011.igem.org/Team:Grenoble).
intitulé
Mercuro-coli
Mercuro-coli : un biosenseur innovant pour quantifier les métaux lourds
Nous avons inventé un biocapteur facile à utiliser, transportable et
capable de quantifier la concentration de mercure dans un échantillon
aqueux. Il est basé sur la comparaison d’une concentration de mercure
inconnue avec une concentration connue d’IPTG. Un gradient d’IPTG est
présent sur une bandelette contenant des bactéries génétiquement
modifiées. Lorsque la solution de mercure est appliquée, le réseau
génétique induit la différentiation de bactéries soit dans un état émetteur,
soit dans un état récepteur selon la concentration relative d’IPTG et de
mercure. Les bactéries soumises à une concentration prédominante de
mercure, deviennent émettrices et sécrètent une molécule de signalisation
(quorum sensing) qui active les bactéries receptrices, soumises à une
concentration prédominante d’IPTG. Cette activation conduit à la synthèse
d’un pigment rouge à la fontière entre bactéries émettrices et réceptrices.
De cette manière, une bande rouge apparaît le long du gradient d’IPTG à
une position qui permet d’en déduire la concentration de mercure
inconnue.
Crédit : http://2011.igem.org/Team:Grenoble
A : différentiation de bactéries « émettrices » et « réceptrices » selon la
concentration relative d’IPTG et de mercure. B : coloration à l’interface
entre les deux populations de bactéries.
Nous avons concouru dans la catégorie « environnement » et pour la
meilleure modélisation et le meileur projet « human practice ».
Notre concept de biocapteur a été apprécié car
quantification en plus de la détection de molécules. Les
déterministe et stochastique ont permis d’orienter les
d’ajouter des modules au réseau génétique et de définir les
du capteur.
il permet la
modélisations
expériences,
performances
D’ici Boston, il reste à terminer et à tester dans sa totalité le circuit
génétique, à améliorer notre site web et à perfectionner nos présentations
pour la finale. Du travail en perspective et l’occasion de montrer le
meilleur de l’équipe Grenobloise 2011 !
Marianne Weidenhaupt & Franz Bruckert